KR20140014332A - 안정화된 농축성 화학 기계적 연마 조성물 및 기판의 연마 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초기 성분으로서, 물; 연마제; 하기 화학식 (I)의 디-4급(diquaternary) 물질; 하기 화학식 (II)의 구아니딘 유도체; 및 임의로, 4급 암모늄 염을 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 제공한다:
상기 화학식에서,
각 X는 독립적으로 N 및 P로부터 선택되고;
R1은 포화 또는 불포화 C1-C15 알킬 그룹, C6-C15 아릴 그룹 및 C6-C15 아르알킬 그룹으로부터 선택되며;
R2, R3, R4, R5, R6 및 R7은 각각 독립적으로 수소, 포화 또는 불포화 C1-C15 알킬 그룹, C6-C15 아릴 그룹, C6-C15 아르알킬 그룹 및 C6-C15 알크아릴 그룹으로부터 선택되고;
화학식 (I)의 음이온은 화학식 (I)의 양이온상의 2+ 전하와 균형을 이루는 임의의 음이온 또는 음이온들의 조합일 수 있으며,
R8은 수소, 포화 또는 불포화 C1 -C15 알킬 그룹, C6 -C15 아릴 그룹, C6 -C15 아르알킬 그룹 및 C6 -C15 알크아릴 그룹으로부터 선택되고;
R9, R10, R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소, 포화 또는 불포화 C1 -C15 알킬 그룹, C6 -C15 아릴 그룹, C6 -C15 아르알킬 그룹 및 C6 -C15 알크아릴 그룹으로부터 선택된다.
또한, 본 발명은 실리콘 디옥사이드를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 0.69 내지 34.5 kPa의 다운 포스(down force)로 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스 또는 그 부근의 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하고; 상기 화학 기계적 연마 조성물의 pH가 2 내지 6인, 기판의 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.
상기 화학식에서,
각 X는 독립적으로 N 및 P로부터 선택되고;
R1은 포화 또는 불포화 C1-C15 알킬 그룹, C6-C15 아릴 그룹 및 C6-C15 아르알킬 그룹으로부터 선택되며;
R2, R3, R4, R5, R6 및 R7은 각각 독립적으로 수소, 포화 또는 불포화 C1-C15 알킬 그룹, C6-C15 아릴 그룹, C6-C15 아르알킬 그룹 및 C6-C15 알크아릴 그룹으로부터 선택되고;
화학식 (I)의 음이온은 화학식 (I)의 양이온상의 2+ 전하와 균형을 이루는 임의의 음이온 또는 음이온들의 조합일 수 있으며,
R8은 수소, 포화 또는 불포화 C1 -C15 알킬 그룹, C6 -C15 아릴 그룹, C6 -C15 아르알킬 그룹 및 C6 -C15 알크아릴 그룹으로부터 선택되고;
R9, R10, R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소, 포화 또는 불포화 C1 -C15 알킬 그룹, C6 -C15 아릴 그룹, C6 -C15 아르알킬 그룹 및 C6 -C15 알크아릴 그룹으로부터 선택된다.
또한, 본 발명은 실리콘 디옥사이드를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 0.69 내지 34.5 kPa의 다운 포스(down force)로 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스 또는 그 부근의 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하고; 상기 화학 기계적 연마 조성물의 pH가 2 내지 6인, 기판의 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 일반적으로 화학 기계적 연마 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 안정화된 화학 기계적 연마 조성물 및 반도체 재료의 화학 기계적 연마 방법, 더욱 특히, 예를 들면 층간 유전체(ILD) 및 쉘로우 트렌치 분리(shallow trench isolation; STI) 공정중에 반도체 구조로부터 유전층을 화학 기계적으로 연마하는 방법에 관한 것이다.
최근 집적회로는 반도체 디바이스로 구성된 전자 회로를 소형 반도체 구조상에 집적 형성하는 정교한 공정으로 제조된다. 반도체 구조상에 형성되는 통상적인 반도체 디바이스는 캐패시터, 레지스터, 트랜지스터, 컨덕터, 다이오드 등을 포함한다. 고도의 집적회로 제조공정에서는, 이러한 매우 많은 양의 반도체 디바이스가 단일 반도체 구조상에 형성된다.
또한, 집적회로는 반도체 구조의 일반적인 실리콘 기판상에 인접 다이(die)로 배열될 수 있다. 전형적으로, 표면 레벨 스크라이브(scribe) 영역이 다이 사이에 위치하며, 상기 다이는 절단되어 불연속 집적회로를 형성할 것이다. 다이 내에서, 반도체 구조의 표면은 반도체 디바이스의 형성으로 생기는 융기 영역(raised region)에 특징이 있다. 이러한 융기 영역은 어레이(array)를 형성하며, 반도체 구조의 실리콘 기판상에 낮은 높이의 하부 영역으로 분리된다.
능동 디바이스는 누화(cross-talk) 및 이들 간의 신호 간섭 방지를 위해 유전체로 분리될 필요가 있다. 통상적으로, 여기에는 두 가지 주요 분리 기술이 있다. 하나는 층간 유전체(ILD)이고, 다른 하나는 쉘로우 트렌치 분리(STI)라는 것이다.
ILD 구조는 주로 집적회로 내 금속 와이어나 플러그를 분리할 목적으로 이용된다. 유전체 절연재(예: 실리카 및 실리콘 니트라이드)는 전형적으로 갭 사이나, 금속 라인 또는 플러그 상부에 침착되거나, 성장하여 어레이 위의 상부로 더 높이 뻗은 수직 융기 돌출 피처(feature) 및 낮은 높이의 개방 트로프(trough)에 특징이 있는 비평탄 표면을 형성하게 된다. 그리고, 수직 돌출 피처의 높이를, 전형적으로 어레이의 상단 레벨 위에 미리 정한 거리의 표적 높이로 감소시키기 위해 CMP 공정이 이용되며, 여기에서 이상적으로는 평탄화 표면이 형성될 것이다.
STI는 집적회로에 형성된 다양한 능동 부품들을 전기적으로 분리하기 위한 분리 구조를 형성하기 위해 널리 이용되고 있는 반도체 제작 방법이다. STI 기술에 있어서, 제 1 단계는 기판의 미리 정한 위치에 다수의 트렌치를, 통상적으로 이방성 에칭으로 형성하는 것이다. 다음으로, 실리카를 이들 각 트렌치에 침착시킨다. 그 후, CMP에 의해서 실리카를 실리콘 니트라이드(중단층)에 이르기까지 연마하여 STI 구조를 형성한다. 효율적인 연마를 이루기 위해, 연마 슬러리는 전형적으로 실리콘 니트라이드에 대한 실리카의 제거 속도("선택성")와 관련하여 높은 선택성을 제공한다.
ILD 및 STI 공정용의 통상적인 CMP 슬러리는 효율성 향상을 위해 고농도의 연마제(abrasive)를 포함한다. 안타깝게도, 연마제는 고가이고, 연마제의 사용 증가로 인해 매우 비싼 비용을 부담해야 한다. 또한, 고농축 연마제 슬러리는 시간 경과에 따라 입자 응집(particle agglomeration) 및 침강(settling)으로 인해 허용할 수 없는 성능 변화를 일으켜, 안정성에 문제를 나타내는 경향이 있다.
실리콘 옥사이드 제거를 위해 연마제 함량을 감소시킨 연마 조성물이 루이(Liu) 등에 의한 미국 특허 제7,018,560호에 개시되었다. 상기 특허에서는 상호접속 금속의 제거를 제한하기 위한 부식 억제제; 산성 pH; 연마제 입자; 및 실리콘 디옥사이드 제거를 촉진하고 SiC, SiCN, Si3N4 및 SiCO로 구성된 그룹중에서 선택되는 적어도 하나의 코팅 제거를 감소시키는 농도의 하기 식으로 형성된 유기 함유 암모늄염을 포함하며, 적어도 하나의 연마압이 21.7 kPa 미만인 수성 연마 조성물이 기재되어 있다:
상기 식에서,
R1, R2, R3 및 R4는 래디칼이고,
R1은 2 내지 15개의 탄소원자로 구성된 탄소 사슬 길이를 갖는 비치환된 아릴, 알킬, 아르알킬 또는 알크아릴 그룹이다.
상기와 같은 종래 기술에도 불구하고, 감소된 연마제 농도로 제거 속도를 향상시킨 화학 기계적 연마 조성물 및 유전층의 화학 기계적 연마방법이 여전히 요구되고 있다. 특히, ILD 및 STI 공정에서 감소된 연마제 농도로 제거 속도를 향상시키면서도, 운송 비용을 줄이는데 용이한 저장 안정성의 향상 및 농축성을 제공하는, 유전층을 연마하기 위한 조성물 및 방법이 필요하다.
본 발명은 초기 성분으로서, 물; 연마제; 하기 화학식 (I)의 디-4급(diquaternary) 물질; 하기 화학식 (II)의 구아니딘 유도체; 및 임의로, 4급 암모늄 염을 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 제공한다:
상기 화학식 (I)에서,
각 X는 독립적으로 N 및 P로부터 선택되고;
R1은 포화 또는 불포화 C1-C15 알킬 그룹, C6-C15 아릴 그룹 및 C6-C15 아르알킬 그룹으로부터 선택되며;
R2, R3, R4, R5, R6 및 R7은 각각 독립적으로 수소, 포화 또는 불포화 C1-C15 알킬 그룹, C6-C15 아릴 그룹, C6-C15 아르알킬 그룹 및 C6-C15 알크아릴 그룹으로부터 선택되고;
화학식 (I)의 음이온은 화학식 (I)의 양이온상의 2+ 전하와 균형을 이루는 임의의 음이온 또는 음이온들의 조합일 수 있으며,
상기 화학식 (II)에서,
R8은 수소, 포화 또는 불포화 C1 -C15 알킬 그룹, C6 -C15 아릴 그룹, C6 -C15 아르알킬 그룹 및 C6 -C15 알크아릴 그룹으로부터 선택되고;
R9, R10, R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소, 포화 또는 불포화 C1 -C15 알킬 그룹, C6 -C15 아릴 그룹, C6 -C15 아르알킬 그룹 및 C6 -C15 알크아릴 그룹으로부터 선택된다.
본 발명은 초기 성분으로서, 물; 연마제 0.1 내지 40 wt%; 상기 화학식 (I)에서, 각 X가 독립적으로 N 및 P로부터 선택되고, R1이 포화 또는 불포화 C1-C15 알킬 그룹, C6-C15 아릴 그룹 및 C6-C15 아르알킬 그룹으로부터 선택되며, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7이 각각 독립적으로 수소, 포화 또는 불포화 C1-C15 알킬 그룹, C6-C15 아릴 그룹, C6-C15 아르알킬 그룹 및 C6-C15 알크아릴 그룹으로부터 선택되고, 상기 화학식 (I)의 음이온이 화학식 (I)내 양이온상의 2+ 전하와 균형을 이루는 임의의 음이온 또는 음이온들의 조합일 수 있는, 상기 화학식 (I)의 디-4급 물질 0.001 내지 1 wt%; 상기 화학식 (II)에서, R8이 수소, 포화 또는 불포화 C1 -C15 알킬 그룹, C6 -C15 아릴 그룹, C6 -C15 아르알킬 그룹 및 C6 -C15 알크아릴 그룹으로부터 선택되고, R9, R10, R11 및 R12가 각각 독립적으로 수소, 포화 또는 불포화 C1 -C15 알킬 그룹, C6 -C15 아릴 그룹, C6 -C15 아르알킬 그룹 및 C6 -C15 알크아릴 그룹으로부터 선택되는, 상기 화학식 (II)의 구아니딘 유도체 0.001 내지 1 wt%; 및 4급 암모늄 염 0 내지 1 wt%를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 제공한다.
본 발명은 초기 성분으로서, 물; 연마제 0.1 내지 40 wt%; 상기 화학식 (I)에서, 각 X가 N이고, R1이 -(CH2)4- 그룹이며, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7이 각각 -(CH2)3CH3 그룹이고, 상기 화학식 (I)의 음이온이 화학식 (I)내 양이온상의 2+ 전하와 균형을 이루는 임의의 음이온 또는 음이온들의 조합일 수 있는, 상기 화학식 (I)의 디-4급 물질 0.001 내지 1 wt%; 상기 화학식 (II)에서, R8이 수소이고, R9, R10, R11 및 R12가 각각 -CH3 그룹인, 상기 화학식 (II)의 구아니딘 유도체 0.001 내지 1 wt%; 및 테트라에틸 암모늄 하이드록시드 0.005 내지 0.05 wt%를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물을 제공한다.
본 발명은, 실리콘 디옥사이드를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 0.69 내지 34.5 kPa의 다운 포스(down force)로 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스 또는 그 부근의 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하고; 상기 화학 기계적 연마 조성물의 pH가 2 내지 6인, 기판의 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.
본 발명은, 실리콘 디옥사이드를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 농축 형태의 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 조성물을 물로 희석시키는 단계; 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 0.69 내지 34.5 kPa의 다운 포스로 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스 또는 그 부근의 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하고; 상기 화학 기계적 연마 조성물의 pH가 2 내지 6인, 기판의 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.
본 발명은, 실리콘 디옥사이드를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 초기 성분으로서 다음의 희석물, 물, 연마제 0.1 내지 40 wt%, 상기 화학식 (I)의 디-4급 물질 0.001 내지 1 wt%, 상기 화학식 (II)의 구아니딘 유도체 0.001 내지 1 wt%, 및 임의의 4급 암모늄 염 0 내지 1 wt%를 포함하고, pH가 2 내지 6인 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 0.69 내지 34.5 kPa의 다운 포스로 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스 또는 그 부근의 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하는, 기판의 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.
본 발명은, 실리콘 디옥사이드를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 초기 성분으로서 다음의 희석물, 물, 콜로이드성 실리카 연마제 0.1 내지 40 wt%, 상기 화학식 (I)의 디-4급 물질 0.001 내지 1 wt%, 상기 화학식 (II)의 구아니딘 유도체 0.001 내지 1 wt%, 및 임의의 4급 암모늄 염 0 내지 1 wt%를 포함하고, pH가 2 내지 6인 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 0.69 내지 34.5 kPa의 다운 포스로 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스 또는 그 부근의 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하고; 여기에서, 상기 화학 기계적 연마 조성물의 실리콘 디옥사이드 제거 속도가, 플래튼 속도 93 rpm(분당 회전), 캐리어 속도 87 rpm, 화학 기계적 연마 조성물 유속 200 ml/분, 및 200 mm 연마 기계 상에 20.7 kPa의 공칭(nominal) 다운 포스에서 적어도 1,500 Å/분이며, 상기 화학 기계적 연마 패드가 폴리머 중공(hollow) 코어 마이크로입자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침 부직 서브패드(non-woven subpad)를 포함하는, 기판의 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.
본 발명은, 실리콘 디옥사이드를 포함하는 기판을 제공하는 단계; 초기 성분으로서 다음의 희석물, 물, 연마제 0.1 내지 40 wt%, 상기 화학식 (I)에서, 각 X가 N이고, R1이 -(CH2)4- 그룹이며, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7이 각각 -(CH2)3CH3 그룹이고, 상기 화학식 (I)의 음이온이 화학식 (I)내 양이온상의 2+ 전하와 균형을 이루는 임의의 음이온 또는 음이온들의 조합일 수 있는, 상기 화학식 (I)의 디-4급 물질 0.001 내지 1 wt%; 상기 화학식 (II)에서, R8이 수소이고, R9, R10, R11 및 R12가 각각 -CH3 그룹인, 상기 화학식 (II)의 구아니딘 유도체 0.001 내지 1 wt%, 및 테트라에틸 암모늄 하이드록시드 0.005 내지 0.05 wt%를 포함하고, pH가 2 내지 6인 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계; 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 0.69 내지 34.5 kPa의 다운 포스로 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스 또는 그 부근의 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하고; 여기에서, 상기 화학 기계적 연마 조성물의 실리콘 디옥사이드 제거 속도가, 플래튼 속도 93 rpm, 캐리어 속도 87 rpm, 화학 기계적 연마 조성물 유속 200 ml/분, 및 200 mm 연마 기계 상에 20.7 kPa의 공칭 다운 포스에서 적어도 1,500 Å/분이며, 상기 화학 기계적 연마 패드가 폴리머 중공 코어 마이크로입자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침 부직 서브패드를 포함하는, 기판의 화학 기계적 연마 방법을 제공한다.
본 발명은 안정화된 농축성 화학 기계적 연마 조성물 및 기판의 연마 방법을 제공한다.
상세한 설명
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 농축성이다. 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물과 관련하여 본원 상세한 설명 및 하기 특허청구범위에서 사용되는 용어 "농축성"은, 화학 기계적 연마 조성물이, 사용 시점에 화학 기계적 연마 조성물로 함유되는 것보다 더 물이 적은 상태로 제조, 저장 및 운반될 수 있다는 것을 의미한다.
화학 기계적 연마 조성물과 관련하여 본원 상세한 설명 및 하기 특허청구범위에서 사용되는 용어 "사용 시점"은, 기판을 연마하기 위해 그것이 사용되는 때의 시점에서 화학 기계적 연마 조성물을 말한다.
화학 기계적 연마 조성물에 화학식 (II)의 구아니딘 유도체 및 임의의 4급 암모늄 염(경우에 따라)을 첨가함으로써 발생되는 실리콘 옥사이드의 제거 속도(Å/분으로 측정된 제거 속도) 변화와 관련하여, 본원 상세한 설명 및 청구범위에서 사용되는 용어 "최소 효과"는 실리콘 옥사이드의 제거 속도가 10% 이하로 변화됨을 의미한다. 즉, 화학 기계적 연마 조성물에 화학식 (II)의 구아니딘 유도체 및 임의의 4급 암모늄 염(경우에 따라)의 첨가가 실리콘 옥사이드의 제거 속도에 최소 효과를 갖는 경우, 하기 식을 만족할 것이다:
((A0-A)의 절대값/A0)*100 ≤ 10
상기 식에서,
A는 실시예에 기재된 연마 조건하에서 측정시, 화학식 (II)의 구아니딘 유도체 및 임의의 4급 암모늄 염(경우에 따라)을 초기 성분으로 포함하는 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 조성물에 대한 실리콘 옥사이드 제거 속도(Å/분)이고; A0은 화학 기계적 연마 조성물에 화학식 (II)의 구아니딘 유도체 및 임의의 4급 암모늄 염(경우에 따라)이 존재하지 않는 것을 제외하고는 동일한 조건하에서 얻어진 실리콘 옥사이드의 제거 속도(Å/분)이다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 농축성이고, 농축된 형태에서 안정하다. 예를 들면, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 3배 농축물(triple concentrate)(예를 들어, 실시예의 표 3 참조)로 제공될 수 있다. 이를 명확하게 하기 위해, 본원에서는 사용 시점의 조성물에 관하여 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물을 상세히 설명할 것이다. 하지만, 당업자는 농축된 화학 기계적 연마 조성물을 제공하기 위해 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물 제제의 농도를 어떻게 변화시킬 것인지를 인식하고 있을 것이다.
본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 사용되는 화학 기계적 연마 조성물의 특정 제제를 선택하는 것은, 농축성 및 안정성과 함께 목적하는 실리콘 디옥사이드 제거 속도를 제공하는데 결정적인 것이다.
화학 기계적 연마를 위해 본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 사용하기 적합한 기판은 실리콘 디옥사이드가 위에 침착된 반도체 기판을 포함한다. 임의로, 기판은 적어도 하나의 SiC, SiCN, Si3N4, SiCO 및 폴리실리콘(가장 바람직하게는 Si3N4)이 침착된 실리콘 디옥사이드를 갖는다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물에 사용하기에 적합한 연마제로는, 예를 들어, 무기 산화물, 무기 수산화물, 무기 수산화 산화물, 금속 붕소화물, 금속 탄화물, 금속 질화물, 폴리머 입자 및 이들 적어도 하나를 포함하는 혼합물을 들 수 있다. 적합한 무기 산화물에는, 예를 들어, 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 산화세륨(CeO2), 산화망간(MnO2), 산화티탄(TiO2) 또는 이들 산화물의 적어도 하나를 포함하는 혼합물이 포함된다. 이들 무기 산화물의 개질 형태, 예컨대 유기 폴리머-코팅된 무기 산화물 입자 및 무기 코팅 입자가 또한 필요에 따라 이용될 수 있다. 적합한 금속 탄화물, 붕소화물 및 질화물에는, 예를 들어, 탄화규소, 질화규소, 실리콘 탄소질화물(SiCN), 탄화붕소, 탄화텅스텐, 탄화지르콘, 붕소화알루미늄, 탄화탄탈룸, 탄화티탄 또는 적어도 하나의 상기 금속 탄화물, 붕소화물 및 질화물을 포함하는 조합물이 포함된다. 바람직하게, 연마제는 콜로이드성 실리카 연마제이다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물 내 연마제의 평균 입자 크기는 바람직하게 5 내지 150 nm; 더욱 바람직하게는 20 내지 100 nm; 더욱 더 바람직하게는 20 내지 60 nm; 가장 바람직하게는 20 내지 50 nm이다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 사용 시점에서, 바람직하게는 연마제를 0.1 내지 40 wt%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 20 wt %, 더욱 더 바람직하게는 1 내지 20 wt%, 가장 바람직하게는 1 내지 10 wt%로 함유한다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 바람직하게 평균 입자 크기가 20 내지 60 nm인 콜로이드성 실리카 연마제를 포함한다. 보다 더 바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 사용 시점에 평균 입자 크기가 20 내지 60 nm인 콜로이드성 실리카 연마제를 1 내지 10 wt% 포함한다. 가장 바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 사용 시점에 평균 입자 크기가 20 내지 50 nm인 콜로이드성 실리카 연마제를 1 내지 10 wt% 포함한다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물에 함유되는 물은 바람직하게는 우발적인 불순물을 제한하기 위한 탈이온수 및 증류수 중 적어도 하나이다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서, 하기 화학식 (I)의 디-4급 물질을 포함한다:
상기 식에서,
각 X는 독립적으로 N 및 P로부터 선택되고, 바람직하게 각 X는 N이며;
R1은 포화 또는 불포화 C1-C15 알킬 그룹, C6-C15 아릴 그룹 및 C6-C15 아르알킬 그룹(바람직하게는 C2-C10 알킬 그룹; 더욱 바람직하게는 C2-C6 알킬 그룹; 보다 더 바람직하게는 -(CH2)6- 그룹 및 -(CH2)4- 그룹; 가장 바람직하게는 -(CH2)4- 그룹)으로부터 선택되며;
R2, R3, R4, R5, R6 및 R7은 각각 독립적으로 수소, 포화 또는 불포화 C1-C15 알킬 그룹, C6-C15 아릴 그룹, C6-C15 아르알킬 그룹 및 C6-C15 알크아릴 그룹(바람직하게는 수소 및 C1-C6 알킬 그룹; 더욱 바람직하게는 수소 및 부틸 그룹; 가장 바람직하게는 부틸 그룹)로부터 선택되고;
화학식 (I)에서 음이온은 화학식 (I)에서 양이온상의 2+ 전하와 균형을 이루는 임의의 음이온 또는 음이온들의 조합일 수 있다(바람직하게, 화학식 (I)에서 음이온(들)은 할로겐 음이온, 하이드록시드 음이온, 니트레이트 음이온, 설페이트 음이온 및 포스페이트 음이온; 더욱 바람직하게는 할로겐 음이온 및 하이드록시드 음이온; 가장 바람직하게는 하이드록시드 음이온으로부터 선택된다). 바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 사용 시점에, 초기 성분으로서, 0.001 내지 1 wt% (더욱 바람직하게는 0.01 내지 1 wt%, 보다 더 바람직하게는 0.01 내지 0.2 wt%, 가장 바람직하게는 0.01 내지 0.05 wt%)의 화학식 (I)의 디-4급 물질을 포함한다. 가장 바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 사용 시점에, 초기 성분으로서, 0.01 내지 0.05 wt%의 화학식 (I)의 디-4급 물질을 포함하며, 여기에서 각 X는 N이고; R1은 -(CH2)4- 그룹이며; R2, R3, R4, R5, R6 및 R7은 각각 -(CH2)3CH3 그룹이다. 화학식 (I)의 디-4급 물질을 포함함으로써 실리콘 디옥사이드의 제거 속도가 촉진된다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 초기 성분으로서, 하기 화학식 (II)의 구아니딘 유도체를 포함한다:
상기 식에서,
R8은 수소, 포화 또는 불포화 C1 -C15 알킬 그룹, C6 -C15 아릴 그룹, C6 -C15 아르알킬 그룹 및 C6 -C15 알크아릴 그룹(바람직하게는 수소 및 C1-C4 알킬 그룹; 보다 바람직하게는 수소 및 메틸 그룹; 가장 바람직하게는 수소)으로부터 선택되고;
R9, R10, R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소, 포화 또는 불포화 C1 -C15 알킬 그룹, C6 -C15 아릴 그룹, C6 -C15 아르알킬 그룹 및 C6 -C15 알크아릴 그룹(바람직하게는 수소 및 C1-C4 알킬 그룹; 보다 바람직하게는 수소 및 메틸 그룹; 가장 바람직하게는 수소)으로부터 선택된다. 바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 사용 시점에, 초기 성분으로서, 0.001 내지 1 wt%(보다 바람직하게는 0.001 내지 0.5 wt%, 보다 더 바람직하게는 0.001 내지 0.2 wt%, 가장 바람직하게는 0.005 내지 0.05 wt%)의 화학식 (II)의 구아니딘 유도체를 포함한다. 가장 바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 사용 시점에, 초기 성분으로서, R8이 수소이고, R9, R10, R11 및 R12가 각각 -CH3 그룹인, 상기 화학식 (II)의 구아니딘 유도체 0.005 내지 0.05 wt%를 포함한다.
임의로, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 사용 시점에, 초기 성분으로서, 0 내지 1 wt%(바람직하게는 0.005 내지 1 wt%, 보다 바람직하게는 0.005 내지 0.05 wt%; 가장 바람직하게는 0.01 내지 0.02 wt%)의 디-4급 암모늄 염을 포함한다. 예를 들면, 할로겐, 하이드록시드, 니트레이트, 설페이트, 포스페이트의 4급 암모늄 염이다. 바람직하게, 4급 암모늄 염은, 테트라메틸 암모늄 하이드록시드, 테트라에틸 암모늄 하이드록시드, 테트라프로필 암모늄 하이드록시드, 테트라이소프로필 암모늄 하이드록시드, 테트라사이클로프로필 암모늄 하이드록시드, 테트라부틸 암모늄 하이드록시드, 테트라이소부틸 암모늄 하이드록시드, 테트라tert-부틸 암모늄 하이드록시드, 테트라sec-부틸 암모늄 하이드록시드, 테트라사이클로부틸 암모늄 하이드록시드, 테트라펜틸 암모늄 하이드록시드, 테트라사이클로펜틸 암모늄 하이드록시드, 테트라헥실 암모늄 하이드록시드, 테트라사이클로헥실 암모늄 하이드록시드, 및 이들의 혼합물 (가장 바람직하게는, 테트라에틸 암모늄 하이드록시드 (TEAH), 테트라메틸 암모늄 하이드록시드 (TMAH) 및 테트라부틸암모늄 하이드록시드 (TBAH))로부터 선택된다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 임의로 분산제, 계면활성제, 완충제 및 살생물제중에서 선택되는 추가의 첨가제를 더 포함한다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 임의로 부식 억제제가 없다. 본원 상세한 설명 및 하기 특허청구범위에서 사용되는 용어 "부식 억제제가 없다"는 것은 화학 기계적 연마 조성물이 벤조트리아졸; 1,2,3-벤조트리아졸; 5,6-디메틸-1,2,3-벤조트리아졸; 1-(1,2-디카복시에틸)벤조트리아졸; 1-[N,N-비스(하이드록실에틸)아미노메틸]벤조트리아졸; 또는 1-(하이드록실메틸)벤조트리아졸을 함유하지 않음을 의미한다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 산화제가 없다. 본원 상세한 설명 및 하기 특허청구범위에서 사용되는 용어 "산화제가 없다"는 것은 화학 기계적 연마 조성물이 과산화수소, 과황산염(예: 암모늄 모노퍼설페이트, 및 포타슘 디퍼설페이트) 및 과요오드산염(예: 포타슘 퍼요오데이트)과 같은 산화제를 함유하지 않음을 의미한다.
본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 pH 2 내지 6에서 효과가 있다. 바람직하게, 사용된 화학 기계적 연마 조성물은 2 내지 5의 pH에서 효과가 있다. 가장 바람직하게, 사용된 화학 기계적 연마 조성물은 2 내지 4의 pH에서 효과가 있다. 화학 기계적 연마 조성물의 pH 조정을 위해 사용하기에 적합한 산으로는 예를 들어, 인산, 질산, 황산 및 염산이 포함된다. 화학 기계적 연마 조성물의 pH 조정을 위해 사용하기에 적합한 염기로는 예를 들어, 수산화암모늄 및 수산화칼륨이 포함된다.
바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 실리콘 디옥사이드의 제거 속도가 ≥ 1,500 Å/분; 더욱 바람직하게는 ≥ 1,800 Å/분; 가장 바람직하게는 ≥ 2,000 Å/분이다.
바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 사용 시점에, 초기 성분으로서, 물; 평균 입자 크기 5 내지 150 nm(바람직하게는 20 내지 100 nm, 더욱 더 바람직하게는 20 내지 60 nm, 가장 바람직하게는 20 내지 50 nm)인 연마제 0.1 내지 40 wt%(바람직하게는 0.1 내지 20 wt %, 더욱 더 바람직하게는 1 내지 20 wt%, 가장 바람직하게는 1 내지 10 wt%); 상기 화학식 (I)에서, 각 X가 독립적으로 N 및 P로부터 선택되고, 바람직하게는 각 X가 N이며, R1이 포화 또는 불포화 C1-C15 알킬 그룹, C6-C15 아릴 그룹 및 C6-C15 아르알킬 그룹(바람직하게는 C2-C10 알킬 그룹, 보다 바람직하게는 C2-C6 알킬 그룹, 보다 더 바람직하게는 -(CH2)6- 그룹 및 -(CH2)4-, 가장 바람직하게는 -(CH2)4- 그룹)으로부터 선택되며, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7이 각각 독립적으로 수소, 포화 또는 불포화 C1-C15 알킬 그룹, C6-C15 아릴 그룹, C6-C15 아르알킬 그룹 및 C6-C15 알크아릴 그룹(바람직하게는 수소 및 C1-C6 알킬 그룹, 보다 바람직하게는 수소 및 부틸 그룹, 가장 바람직하게는 부틸 그룹)으로부터 선택되고, 상기 화학식 (I)의 음이온이 화학식 (I) 내 양이온상의 2+ 전하와 균형을 이루는 임의의 음이온 또는 음이온들의 조합(바람직하게는 화학식 (I)에서 음이온은 할로겐 음이온, 하이드록시드 음이온, 니트레이트 음이온, 설페이트 음이온 및 포스페이트 음이온, 더욱 바람직하게는 할로겐 음이온 및 하이드록시드 음이온, 가장 바람직하게는 하이드록시드 음이온으로부터 선택됨)일 수 있는, 상기 화학식 (I)의 디-4급 물질 0.001 내지 1 wt%(바람직하게는 0.01 내지 1 wt%, 보다 바람직하게는 0.01 내지 0.2 wt%, 가장 바람직하게는 0.01 내지 0.05 wt%); 상기 화학식 (II)에서, R8이 수소, 포화 또는 불포화 C1 -C15 알킬 그룹, C6 -C15 아릴 그룹, C6 -C15 아르알킬 그룹 및 C6 -C15 알크아릴 그룹(바람직하게는 수소 및 C1-C4 알킬 그룹, 보다 바람직하게는 수소 및 메틸 그룹, 가장 바람직하게는 수소)으로부터 선택되고, R9, R10, R11 및 R12가 각각 독립적으로 수소, 포화 또는 불포화 C1 -C15 알킬 그룹, C6 -C15 아릴 그룹, C6 -C15 아르알킬 그룹 및 C6 -C15 알크아릴 그룹(바람직하게는 수소 및 C1-C4 알킬 그룹, 보다 바람직하게는 수소 및 메틸 그룹, 가장 바람직하게는 메틸 그룹)으로부터 선택되는, 상기 화학식 (II)의 구아니딘 유도체 0.001 내지 1 wt%(바람직하게는 0.001 내지 0.5 wt%, 보다 바람직하게는 0.001 내지 0.2 wt%, 가장 바람직하게는 0.005 내지 0.5 wt%); 및 4급 암모늄 염 0 내지 1 wt%(바람직하게는 0.005 내지 1 wt%, 보다 바람직하게는 0.005 내지 0.05 wt%, 가장 바람직하게는 0.01 내지 0.02 wt%)를 포함하고; 실리콘 디옥사이드의 제거 속도가 ≥ 1,500 Å/분, 더욱 바람직하게는 1,800 Å/분, 가장 바람직하게는 ≥ 2,000 Å/분을 나타낸다.
발명의 화학 기계적 연마 조성물은 바람직하게는 저장 안정성이 있다. 본원 상세한 설명 및 하기 특허청구범위에서 사용되는 용어 "저장 안정성"은 100 rpm으로 설정된 Brookfield #S00 스핀들을 이용하여 20℃에서 Brookfield DV-I+ 점도계로 측정시, 대상 화학 기계적 연마 조성물의 점도가 55℃에서 1 주 저장후 5% 미만으로 증가함을 의미한다. 더욱 바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물은 장기 저장 안정성을 나타낸다. 본원 상세한 설명 및 하기 특허청구범위에서 사용되는 용어 "장기 저장 안정성"은 100 rpm으로 셋팅된 Brookfield #S00 스핀들을 이용하여 20℃에서 Brookfield DV-I+ 점도계로 측정시, 대상 화학 기계적 연마 조성물의 점도가 55℃에서 4 주 저장 후 15% 미만으로 증가함을 의미한다.
본 발명의 화학 기계적 연마 방법은:
실리콘 디옥사이드(임의로, 실리콘 디옥사이드 및 적어도 하나의 SiC, SiCN, Si3N4, SiCO 및 폴리실리콘, 바람직하게는 실리콘 니트라이드상에 침착된 실리콘 디옥사이드)를 포함하는 기판을 제공하는 단계;
초기 성분으로서, 물; 평균 입자 크기 5 내지 150 nm(바람직하게는 20 내지 60 nm, 가장 바람직하게는 20 내지 50 nm)인 연마제 0.1 내지 40 wt%(바람직하게는 0.1 내지 20 wt%, 가장 바람직하게는 1 내지 10 wt%); 상기 화학식 (I)에서, 각 X가 독립적으로 N 및 P로부터 선택되고, 바람직하게는 각 X가 N이며, R1이 포화 또는 불포화 C1-C15 알킬 그룹, C6-C15 아릴 그룹 및 C6-C15 아르알킬 그룹(바람직하게는 C2-C10 알킬 그룹, 보다 바람직하게는 C2-C6 알킬 그룹, 보다 더 바람직하게는 -(CH2)6- 그룹 및 -(CH2)4-, 가장 바람직하게는 -(CH2)4- 그룹)으로부터 선택되며, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7이 각각 독립적으로 수소, 포화 또는 불포화 C1-C15 알킬 그룹, C6-C15 아릴 그룹, C6-C15 아르알킬 그룹 및 C6-C15 알크아릴 그룹(바람직하게는 수소 및 C1-C6 알킬 그룹, 보다 바람직하게는 수소 및 부틸 그룹, 가장 바람직하게는 부틸 그룹)으로부터 선택되고, 상기 화학식 (I)의 음이온이 화학식 (I) 내 양이온상의 2+ 전하와 균형을 이루는 임의의 음이온 또는 음이온들의 조합(바람직하게는 화학식 (I)에서 음이온(들)은 할로겐 음이온, 하이드록시드 음이온, 니트레이트 음이온, 설페이트 음이온 및 포스페이트 음이온, 더욱 바람직하게는 할로겐 음이온 및 하이드록시드 음이온, 가장 바람직하게는 하이드록시드 음이온으로부터 선택됨)일 수 있는, 상기 화학식 (I)의 디-4급 물질 0.001 내지 1 wt%(바람직하게는 0.01 내지 1 wt%, 보다 바람직하게는 0.01 내지 0.2 wt%, 가장 바람직하게는 0.01 내지 0.05 wt%); 상기 화학식 (II)에서, R8이 수소, 포화 또는 불포화 C1 -C15 알킬 그룹, C6 -C15 아릴 그룹, C6 -C15 아르알킬 그룹 및 C6 -C15 알크아릴 그룹(바람직하게는 수소 및 C1-C4 알킬 그룹, 보다 바람직하게는 수소 및 메틸 그룹, 가장 바람직하게는 수소)으로부터 선택되고, R9, R10, R11 및 R12가 각각 독립적으로 수소, 포화 또는 불포화 C1 -C15 알킬 그룹, C6 -C15 아릴 그룹, C6 -C15 아르알킬 그룹 및 C6 -C15 알크아릴 그룹(바람직하게는 수소 및 C1-C4 알킬 그룹, 보다 바람직하게는 수소 및 메틸 그룹, 가장 바람직하게는 메틸 그룹)으로부터 선택되는, 상기 화학식 (II)의 구아니딘 유도체 0.001 내지 1 wt%(바람직하게는 0.001 내지 0.5 wt%, 보다 바람직하게는 0.001 내지 0.2 wt%, 가장 바람직하게는 0.005 내지 0.05 wt%); 및 4급 암모늄 염 0 내지 1 wt%(바람직하게는 0.005 내지 1 wt%, 보다 바람직하게는 0.005 내지 0.05 wt%, 가장 바람직하게는 0.01 내지 0.02 wt%)를 포함하는, 본 발명의 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계;
화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계;
0.69 내지 34.5 kPa(0.1 내지 5 psi), 바람직하게 0.69 내지 20.7 kPa(0.1 내지 3 psi)의 다운 포스로 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및
화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스 또는 그 부근의 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하고;
상기 화학 기계적 연마 조성물의 pH가 2 내지 6, 바람직하게 2 내지 5, 가장 바람직하게 2 내지 4이며; 실리콘 디옥사이드 및 실리콘 니트라이드는 화학 기계적 연마 조성물에 노출되고; 상기 화학 기계적 연마 조성물의 실리콘 디옥사이드의 제거 속도가 ≥ 1,500 Å/분, 바람직하게는 1,800 Å/분, 가장 바람직하게는 ≥ 2,000 Å/분을 나타낸다.
바람직하게, 화학 기계적 연마 조성물에 사용되는 연마제는 콜로이드성 실리카이며, 사용되는 화학 기계적 연마 조성물의 실리콘 디옥사이드의 제거 속도는 93 rpm(분당 회전)의 플래튼 속도, 87 rpm의 캐리어 속도, 200 ml/분의 화학 기계적 연마 조성물 유속, 및 200 mm 연마 기계(예: Applied Materials Mirra® 연마기) 상에 20.7 kPa (3 psi)의 공칭 다운 포스에서 적어도 1,500 Å/분, 더욱 바람직하게는 적어도 1,800 Å/분, 가장 바람직하게는 적어도 2,000 Å/분이고, 상기 화학 기계적 연마 패드는 중합성 중공 코어 마이크로입자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침 부직 서브패드를 포함한다(예: 롬앤드하스 일렉트로닉 머티리얼 씨엠피사(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.)로부터 입수가능한 IC1010 연마 패드).
바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 방법은:
실리콘 디옥사이드를 포함하는 기판을 제공하는 단계;
초기 성분으로서, 물; 평균 입자 크기 20 내지 60 nm인 콜로이드성 실리카 연마제 1 내지 10 wt%; 상기 화학식 (I)에서, 각 X가 N이고, R1이 C4-C10 알킬 그룹으로부터 선택되며, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7이 각각 C2-C6 알킬 그룹으로부터 선택되고, 상기 화학식 (I)의 음이온이 화학식 (I) 내 양이온상의 2+ 전하와 균형을 이루는 임의의 음이온 또는 음이온들의 조합(바람직하게는 화학식 (I)에서 음이온(들)은 할로겐 음이온, 하이드록시드 음이온, 니트레이트 음이온, 설페이트 음이온 및 포스페이트 음이온, 더욱 바람직하게는 할로겐 음이온 및 하이드록시드 음이온, 가장 바람직하게는 하이드록시드 음이온으로부터 선택됨)일 수 있는, 상기 화학식 (I)의 디-4급 물질 0.01 내지 0.05 wt%; 상기 화학식 (II)에서, R8이 수소, 포화 또는 불포화 C1 -C15 알킬 그룹, C6 -C15 아릴 그룹, C6 -C15 아르알킬 그룹 및 C6 -C15 알크아릴 그룹(바람직하게는 수소 및 C1-C4 알킬 그룹, 보다 바람직하게는 수소 및 메틸 그룹, 가장 바람직하게는 수소)으로부터 선택되고, R9, R10, R11 및 R12가 각각 독립적으로 수소, 포화 또는 불포화 C1 -C15 알킬 그룹, C6 -C15 아릴 그룹, C6 -C15 아르알킬 그룹 및 C6 -C15 알크아릴 그룹(바람직하게는 수소 및 C1-C4 알킬 그룹, 보다 바람직하게는 수소 및 메틸 그룹, 가장 바람직하게는 메틸 그룹)으로부터 선택되는, 상기 화학식 (II)의 구아니딘 유도체 0.005 내지 0.05 wt%; 및 4급 암모늄 염 0 내지 1 wt%(바람직하게는 0.005 내지 1 wt%, 보다 바람직하게는 0.005 내지 0.05 wt%, 가장 바람직하게는 0.01 내지 0.02 wt%)를 포함하는, 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계;
화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계;
0.69 내지 34.5 kPa(0.1 내지 5 psi), 바람직하게 0.69 내지 20.7 kPa(0.1 내지 3 psi)의 다운 포스로 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및
화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스 또는 그 부근의 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하고;
상기 화학 기계적 연마 조성물의 pH가 2 내지 6, 바람직하게 2 내지 5, 가장 바람직하게 2 내지 4이며; 실리콘 디옥사이드는 화학 기계적 연마 조성물에 노출되고; 상기 화학 기계적 연마 조성물은 저장 안정성(바람직하게는 장기 저장 안정성)을 나타낸다.
바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 사용되는 연마제는 콜로이드성 실리카이며, 사용되는 화학 기계적 연마 조성물의 실리콘 디옥사이드의 제거 속도는 93 rpm(분당 회전)의 플래튼 속도, 87 rpm의 캐리어 속도, 200 ml/분의 화학 기계적 연마 조성물 유속, 및 200 mm 연마 기계(예: Applied Materials Mirra® 연마기) 상에 20.7 kPa (3 psi)의 공칭 다운 포스에서 적어도 1,500 Å/분, 더욱 바람직하게는 적어도 1,800 Å/분, 가장 바람직하게는 적어도 2,000 Å/분이고, 상기 화학 기계적 연마 패드는 중합성 중공 코어 마이크로입자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침 부직 서브패드를 포함한다(예: 롬앤드하스 일렉트로닉 머티리얼 씨엠피사(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.)로부터 입수가능한 IC1010 연마 패드).
바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 방법은:
실리콘 디옥사이드를 포함하는 기판을 제공하는 단계;
초기 성분으로서, 물; 평균 입자 크기 20 내지 60 nm인 콜로이드성 실리카 연마제 1 내지 10 wt%; 상기 화학식 (I)에서, 각 X가 N이고, R1이 -(CH2)4- 그룹이며, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7이 각각 -(CH2)3CH3 그룹이고, 상기 화학식 (I)의 음이온(들)이 2개의 하이드록시드 음이온인, 상기 화학식 (I)의 디-4급 물질 0.01 내지 0.05 wt%; 구아니딘 유도체가 테트라메틸구아니딘인, 상기 화학식 (II)의 구아니딘 유도체 0.005 내지 0.05 wt%; 및 테트라에틸 암모늄 하이드록시드 및 테트라부틸 암모늄 하이드록시드로부터 선택되는 4급 암모늄 염 0.005 내지 0.05 wt%(가장 바람직하게는 0.01 내지 0.02 wt%)를 포함하는, 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계;
화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계;
0.69 내지 20.7 kPa(0.1 내지 3 psi)의 다운 포스로 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및
화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스 또는 그 부근의 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하고;
상기 화학 기계적 연마 조성물의 pH가 2 내지 4이며; 실리콘 디옥사이드 및 실리콘 니트라이드는 화학 기계적 연마 조성물에 노출되고; 상기 화학 기계적 연마 조성물은 저장 안정성(바람직하게는 장기 저장 안정성)을 나타낸다.
바람직하게, 본 발명의 화학 기계적 연마 방법에 사용되는 화학 기계적 연마 조성물에 사용되는 연마제는 콜로이드성 실리카이며, 사용되는 화학 기계적 연마 조성물의 실리콘 디옥사이드의 제거 속도는 93 rpm(분당 회전)의 플래튼 속도, 87 rpm의 캐리어 속도, 200 ml/분의 화학 기계적 연마 조성물 유속, 및 200 mm 연마 기계(예: Applied Materials Mirra® 연마기) 상에 20.7 kPa (3 psi)의 공칭 다운 포스에서 적어도 1,500 Å/분, 더욱 바람직하게는 적어도 1,800 Å/분, 가장 바람직하게는 적어도 2,000 Å/분이고, 상기 화학 기계적 연마 패드는 중합성 중공 코어 마이크로입자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침 부직 서브패드를 포함한다(예: 롬앤드하스 일렉트로닉 머티리얼 씨엠피사(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.)로부터 입수가능한 IC1010 연마 패드).
하기 실시예에서는 본 발명의 일부 구체예들을 상세히 설명한다.
비교
실시예
C1
및
실시예
A1-A2
화학 기계적 연마 조성물의 제조
밸런스 탈이온수와 함께 표 1에 기술된 양으로 성분들을 배합하고, 질산을 사용하여 조성물의 pH를 표 1에 제시된 최종 pH로 조절하여, 비교 연마 실시예 PC1 및 연마 실시예 PA1-PA2에 사용된 화학 기계적 연마 조성물(즉, 각각 화학 기계적 연마 조성물 C1 및 A1-A2)을 제조하였다.
| 실시예 # | 연마제 I* ( wt %) |
연마제 II￡ ( wt %) |
HBBAH? ( wt %) |
TMGħ ( wt %) |
TEAHλ ( wt %) |
pH |
| C1 | 5 | 1 | 0.04 | - | - | 3.0 |
| A1 | 5 | 1 | 0.04 | 0.01 | - | 3.0 |
| A2 | 5 | 1 | 0.04 | 0.01 | 0.015 | 3.0 |
* 연마제 I: AZ 일렉트로닉 머티리얼사(AZ Electronic Materials)에서 제조하고 다우 케미칼사(The Dow Chemical Company)에 의해 시판되는 KlebosolTM II 1598-B25 슬러리.
￡ 연마제 II: AZ 일렉트로닉 머티리얼사(AZ Electronic Materials)에서 제조하고 다우 케미칼사(The Dow Chemical Company)에 의해 시판되는 KlebosolTM II 30H50i 슬러리.
? HBBAH: 사켐사(Sachem, Inc.)의 N,N,N,N'N'N'-헥사부틸-1,4-부탄디암모늄 디하이드록시드:
ħ TMG: 테트라메틸구아니딘:
λ TEAH: 테트라에틸 암모늄 하이드록시드.
비교
실시예
PC1
및
실시예
PA1
-
PA2
화학 기계적 연마 실험
비교예 C1 및 실시예 A1-A2에 따라 제조된 화학 기계적 연마 조성물을 사용하여 실리콘 디옥사이드 제거 속도 연마 시험을 수행하였다. 구체적으로, 각 화학 기계적 연마 조성물 C1 및 A1-A2에 대한 실리콘 디옥사이드 제거 속도가 표 1에 예시되었다. 이들 실리콘 디옥사이드 제거 속도 실험은 Applied Materials Mirra® 연마기 및 IC1010TM 폴리우레탄 연마 패드(롬앤드하스 일렉트로닉 머티리얼 씨엠피사로부터 입수가능)를 20.7 kPa(3 psi)의 다운 포스, 200 ml/분의 화학 기계적 연마 조성물 유속, 93 rpm의 테이블 회전 속도 및 87 rpm의 캐리어 회전 속도로 사용하여 실리콘 기판상에 실리콘 디옥사이드 필름이 있는 8 인치 블랭킷 웨이퍼상에서 실시되었다. 실리콘 디옥사이드의 제거 속도는 연마 전 후에 필름 두께를 KLA-Tencor FX200 계량 기구로 측정하여 결정하였다. 실리콘 디옥사이드의 제거 속도 실험 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 연마 실시예 # |
연마 조성물 |
SiO2 제거 속도 (Å/분) |
| PC1 | C1 | 2563 |
| PA1 | A1 | 2521 |
| PA2 | A2 | 2451 |
안정성 촉진 시험
비교예 C1 및 실시예 A1-A2에 따라 제조된 화학 기계적 연마 조성물을 제제 사용 시점을 고려하였다. 실제로, 화학 기계적 연마 조성물은 사용자가 사용 시점에 희석시켜 사용할 수 있도록 농축 형태로 제조하여, 운반 비용을 절약하는 것이 더욱 경제적이다. 표 3에는 각각 비교예 C1 및 실시예 A1-A2에 제시된 사용 시점의 제제에 해당하는 3배 농축(3X) 제제 3C1, 3A1-3A2가 나타내었으며, 제시된 pH로 각각 질산으로 적정하였다. 그 후, 3X 농축 제제를 노화 촉진 실험에 적용하여 이들 조성물의 안정성을 판단하였다. 구체적으로, 농축 조성물 3C1, 3A1 및 3A2를 오븐 셋에 55℃로 4주간 두었다. 조성물 3C1, 3A1 및 3A2의 점도를 100 rpm으로 셋팅된 Brookfield #S00 스핀들을 이용하여 Brookfield DV-I+ 점도계로 20℃에서 매주 측정하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 데이터로부터 본 발명의 농축 제제가 상당히 우수한 안정성을 나타내는 것을 알 수 있다.
| 실시예 # | 연마제 I* ( wt %) |
연마제 II￡ ( wt %) |
HBBAH? ( wt %) |
TMGħ ( wt %) |
TEAHλ ( wt %) |
pH |
| 3C1 | 15 | 3 | 0.12 | - | - | 2.49 |
| 3A1 | 15 | 3 | 0.12 | 0.03 | - | 2.49 |
| 3A2 | 15 | 3 | 0.12 | 0.03 | 0.045 | 2.49 |
|
3X 제제 #
|
점도 ( cP ) | ||||
| 초기 | 1 주 | 2 주 | 3 주 | 4 주 | |
| 3C1 | 1.52 | - | 3.83 | 겔화 | 겔화 |
| 3A1 | 1.53 | - | 1.60 | 1.61 | 1.78 |
| 3A2 | 1.52 | - | 1.51 | 1.51 | 1.51 |
Claims (10)
- 초기 성분으로서,
물;
연마제;
하기 화학식 (I)의 디-4급(diquaternary) 물질;
하기 화학식 (II)의 구아니딘 유도체; 및
임의로, 4급 암모늄 염을 포함하는 화학 기계적 연마 조성물:
상기 화학식에서,
각 X는 독립적으로 N 및 P로부터 선택되고;
R1은 포화 또는 불포화 C1-C15 알킬 그룹, C6-C15 아릴 그룹 및 C6-C15 아르알킬 그룹으로부터 선택되며;
R2, R3, R4, R5, R6 및 R7은 각각 독립적으로 수소, 포화 또는 불포화 C1-C15 알킬 그룹, C6-C15 아릴 그룹, C6-C15 아르알킬 그룹 및 C6-C15 알크아릴 그룹으로부터 선택되고;
화학식 (I)의 음이온은 화학식 (I)의 양이온상의 2+ 전하와 균형을 이루는 임의의 음이온 또는 음이온들의 조합일 수 있으며;
R8은 수소, 포화 또는 불포화 C1 -C15 알킬 그룹, C6 -C15 아릴 그룹, C6 -C15 아르알킬 그룹 및 C6 -C15 알크아릴 그룹으로부터 선택되고;
R9, R10, R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소, 포화 또는 불포화 C1 -C15 알킬 그룹, C6 -C15 아릴 그룹, C6 -C15 아르알킬 그룹 및 C6 -C15 알크아릴 그룹으로부터 선택된다. - 제1항에 있어서, 초기 성분으로서,
물;
연마제 0.1 내지 40 wt%;
화학식 (I)의 디-4급 물질 0.001 내지 1 wt%;
화학식 (II)의 구아니딘 유도체 0.001 내지 1 wt%; 및
임의의 4급 암모늄 염 0 내지 1 wt%를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물. - 제1항에 있어서, 각 X는 N이고; R1은 -(CH2)4- 그룹이며; R2, R3, R4, R5, R6 및 R7은 각각 -(CH2)3CH3 그룹인 화학 기계적 연마 조성물.
- 제3항에 있어서, R8은 수소이고; R9, R10, R11 및 R12는 각각 -CH3 그룹인 화학 기계적 연마 조성물.
- 제4항에 있어서,
물;
연마제 0.1 내지 40 wt%;
화학식 (I)의 디-4급 물질 0.001 내지 1 wt%;
화학식 (II)의 구아니딘 유도체 0.001 내지 1 wt%; 및
임의의 4급 암모늄 염 0.005 내지 1 wt%를 포함하는 화학 기계적 연마 조성물. - 실리콘 디옥사이드를 포함하는 기판을 제공하는 단계;
제1항에 따른 화학 기계적 연마 조성물을 제공하는 단계;
화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계;
0.69 내지 34.5 kPa의 다운 포스(down force)로 화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스에 동적 접촉을 발생시키는 단계; 및
화학 기계적 연마 패드와 기판 사이의 인터페이스 또는 그 부근의 화학 기계적 연마 패드상에 화학 기계적 연마 조성물을 분배하는 단계를 포함하고,
상기 화학 기계적 연마 조성물의 pH가 2 내지 6인,
기판의 화학 기계적 연마 방법. - 제6항에 있어서, 제공되는 화학 기계적 연마 조성물이 농축 형태이고, 화학 기계적 연마 조성물을 물로 희석시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제7항에 있어서, 화학 기계적 연마 조성물이 초기 성분으로서 하기 희석물:
물;
연마제 0.1 내지 40 wt%;
화학식 (I)의 디-4급 물질 0.001 내지 1 wt%;
화학식 (II)의 구아니딘 유도체 0.001 내지 1 wt%; 및
임의의 4급 암모늄 염 0 내지 1 wt%를 함유하고,
pH가 2 내지 6인 방법. - 제8항에 있어서, 연마제가 콜로이드성 실리카이고, 화학 기계적 연마 조성물의 실리콘 디옥사이드 제거 속도가, 플래튼 속도 93 rpm(분당 회전), 캐리어 속도 87 rpm, 화학 기계적 연마 조성물 유속 200 ml/분, 및 200 mm 연마 기계 상에 20.7 kPa의 공칭(nominal) 다운 포스에서 적어도 1,500 Å/분이며, 화학 기계적 연마 패드가 폴리머 중공(hollow) 코어 마이크로입자를 함유하는 폴리우레탄 연마층 및 폴리우레탄 함침 부직 서브패드(non-woven subpad)를 포함하는 방법.
- 제6항에 있어서, 기판이 SiC, SiCN, Si3N4, SiCO 및 폴리실리콘 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 방법.
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